Les cours d'eau alpins peuvent être fortement modifiés par les activités humaines. Les impacts directs comprennent notamment la construction de barrages et d'infrastructures de prélèvement d'eau ainsi que l'ingénierie des rivières pour la production d'énergie hydroélectrique. Ces modifications ont un impact à la fois sur le débit des cours d'eau et sur le transfert des sédiments, et en conséquence sur la faune et la flore en aval. Alors que les impacts liés aux barrages sont bien étudiés, les impacts liés aux prises d'eau sont beaucoup moins connus. Les prises d'eau sont conçues pour prélever de l'eau en vue d'un transfert latéral ou interbassins, tout en laissant les sédiments derrière elles, dans des bassins d'accumulation qui sont généralement beaucoup plus petits que les réservoirs des barrages. L'accumulation de sédiments entraîne alors la nécessité de vider périodiquement les bassins des prises d'eau, et ce parfois jusqu'à plusieurs fois par jour dans certains bassins versants très englacés, en raison de taux d'érosion naturellement plus élevés. La livraison de sédiments en aval est alors maintenue par le biais d'inondations de courte durée avec des charges de sédiments très élevées (purges) mais, étant donné que son moyen de transport (l'eau) est prélevé, la capacité de transport des sédiments est réduite. La connectivité sédimentaire amont-aval n'est ainsi pas éliminée, mais plutôt réduite. Cette dynamique de dépôt et de propagation des sédiments induit une modification continuelle des structures spatiales. Cela peut entraîner la perte d'habitats dans la plaine d'inondation, la modification des habitats du cours d'eau et, par conséquent, avoir des répercussions sur la productivité et la diversité de l'écosystème. Afin d'atténuer ces impacts, la recherche s'est penchée à la fois sur l'introduction de débits environnementaux (e-flows) et sur la variabilité des débits nécessaire au maintien des écosystèmes aquatiques. Bien que ces stratégies se soient largement avérées pertinentes pour les cours d'eau régularisés par des barrages, peu d'études ont été consacrées aux réactions de la macrofaune en aval des prises d'eau.
L'objectif de la recherche présentée dans cette thèse est de comprendre les implications des prises d'eau et de leur gestion pour les écosystèmes des cours d'eau en milieu alpin. Sur la base de mesures de terrain et de modèles appliqués à une étude de cas, les impacts à long terme sur l'écologie du cours d'eau liés à des infrastructures de prélèvement de l'écoulement, où l'apport en sédiments est maintenu mais la capacité de transport est réduite, sont établis. Les raisons de ces impacts sont distinguées entre la variabilité naturelle de l'écologie des cours d'eau en aval des glaciers et les impacts tant du captage de l'eau que de l'apport en sédiments sur les structures spatio-temporelles. L'évolution de la qualité de l'habitat est abordée par la modélisation.
Les résultats ont d'importantes implications sur la manière dont nous abordons la conception des débits environnementaux dans de tels bassins versants et démontrent le rôle central joué par les sédiments dans l'hostilité de l'environnement. La nécessité d'aborder les enjeux de gestion en lien avec les sédiments (sed-flows) est soulignée et des solutions d'atténuation sont proposées. Les résultats s'inscrivent dans le contexte général du changement climatique et du besoin croissant en ressources énergétiques durables. Ce travail contribue à la recherche d'un compromis entre la viabilité économique des infrastructures hydroélectriques et la protection des écosystèmes aquatiques des cours d'eau alpins.
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Alpine streams may be strongly modified by human activities. Direct impacts include dams, flow abstraction and river channel engineering for hydroelectric power production. These modifications impact both river discharge and sediment transfer, and hence downstream flora and fauna. While the impacts related to dams are well studied, impacts due to water intake are less known. Intakes are designed to abstract water for latéral or inter-basin transfer but to leave sediment behind, in accumulation basins that are generally much smaller than dam reservoirs. Sediment accumulation then results in the need to flush intake basins periodically, often more frequently than daily in some highly glaciated basins because of naturally higher rates of érosion. Sediment delivery downstream is then maintained through short duration floods with very high sediment loads but, as the mean of transporting it (the water) is being abstracted, sediment transport capacity is reduced. This does not eliminate sediment connectivity, but rather reduces it. This dynamic of sediment déposition and propagation induces a continuai modification of spatial patterns. This may lead to loss of floodplain habitat, the modification of instream habitat and so impacts upon ecosystem productivity and diversity. To mitigate these impacts, research has addressed both environmental flows (e-flows) and the flow variability needed to sustain aquatic ecosystems. While these stratégies have been widely proved as relevant for streams regulated by dams, few investigations have focused on instream macrofauna responses downstream of water intakes.
The aim of the research presented in this thesis is to understand the implications of intakes, and intake management, forstream ecosystems in Alpine environments. Based on field measurements and models applied to a case-study, the long-term impacts of flow abstraction upon instream ecology where sediment delivery is maintained but transport capacity is reduced are established. The reasons for these impacts are distinguished between the natural variability of instream ecology downstream of glaciers and the impacts of flow abstraction and sediment delivery, upon spatio-temporal patterns. Habitat quality évolution is addressed through modelling.
The results have major implications for how we approach the design of e-flows in such basins, and demonstrate the central rôle that sediment plays in impacting upon environmental harshness. The need to address sediment related management issues (sed-flows) is highlighted and mitigation solutions are proposed. The outcomes fit into the général context of climate change and the growing need for sustainable energy resources. This work contributes to the search for compromise between the economic viability of hydropower infrastructure and the protection of Alpine stream aquatic ecosystems.